Люминесцирующие экраны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Северо-Кавказский горно-металлургический институт

(Государственный технологический университет)"

Факультет Электронной Техники

Специальность: "Электроника и наноэлектроника"

Реферат

Люминесцирующие экраны

Выполнил:

ст. гр. ЭНб 12-2 Жуков А.В.

Проверил:

доц. Кодзасова Т.Л.

Владикавказ 2016



Содержание

Введение

1. Требования, предъявляемые к катодолюминофорам, их основные свойства и характеристики

2. Основные группы люминофоров, применяемых в электроннолучевых приборах

3. Способы нанесения экранов

4. Электрические характеристики экранов

5. Контраст изображения на люминесцирующем экране

6. Выгорание экранов

Заключение

Список использованных источников



Введение

Явление, при котором вещество, либо поглощая энергию света ионизирующего или другого излучения, либо под действием различных химических реакций переходит в возбужденное состояние, а затем, возвращаясь в исходное состояние, излучает полученную энергию в виде света, называют люминесценцией. Кратковременное люминесцентное излучение, прекращающееся почти сразу с окончанием возбуждения, это флюоресценция, а длительное, продолжающееся и после окончания возбуждения, - фосфоресценция. Явления люминесценции делятся на несколько видов, в зависимости от способа возбуждения.

Фотолюминесценция - свечение вещества при облучении светом. Фотолюминесцентные материалы это возбуждаемые ультрафиолетовым излучением соединения.

Катодная люминесценция - свечение вещества при облучении пучком электронов. Пример материалов для катодной люминесценции - ZnS:Cu, Al (зеленое свечение), Y2O3S:Eu4 и модификации ZnO (красное свечение).

Электролюминесценция - свечение вещества под действием электрического поля. При этом свечение под действием сильного поля, увеличивающего кинетическую энергию носителей заряда в веществе, называют предпробной электролюминесценцией, а излучение света, возбуждаемое инжектированными носителями за счет разности их потенциальных энергий, созданной в твердом теле, называют инжекционной люминесценцией.

Свечение, сопровождающее химические реакции, проходящие в веществах, называют хемолюминесценцией. Пример такого явления- свечение синего цвета, возникающее при окислении желтого фосфора. Возбуждение химического лазера производится с помощью, например, реакции между фтором и водородом.



1. Требования, предъявляемые к катодолюминофорам, их основные свойства и характеристики

Как указывалось выше, одним из основных элементов многих электроннолучевых приборов является приемник электронного пучка и наиболее распространенным видом приемника является люминесцирующий экран.

Основу такого экрана составляет тот или мной катодолюмииофор - вещество, способное светиться под действием бомбардировки электронами.

Не углубляясь сколько-нибудь подробно в теорию катодолюминесценции, укажем лишь, что взаимодействие электронов первичного пучка с кристаллической решеткой люминофора сопровождается передачей энергии ее электронам, которые возбуждаются в состояния с более высокой энергией.

Возврат этих электронов в нормальное состояние сопровождается выделением энергии, и, если она соответствует энергии квантов видимого света (в последнее время вызывают интерес и люминофоры, дающие свечение в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра), возникает катодолюминесценция.

Она связана с наличием в кристалле вполне определенных неоднородностей - так называемых центров свечения. Поэтому в процессе изготовления люминофоров в их решетке намеренно обеспечивается присутствие определенного количества примесей посторонних веществ, так называемых активаторов, обычно решающим образом определяющих свойства люминофора. При наличии активатора формула, характеризующая состав люминофора, содержит обозначение основного вещества, за которым обычно после двоеточия следует обозначение активатора. Например, сульфид цинка, активированный серебром, обозначается ZnS : Ag.

В тех случаях, когда люминофор способен светиться без введения посторонних примесей (например, вольфрамат кальция CaWO4), все равно путем соответствующей термообработки в его решетке намеренно создаются нарушения за счет создания избытка того или другого компонента, которые и играют роль центров свечения. Идеальный же кристалл, имеющий строго периодическое расположение атомов в решетке и свободный от неоднородностей, люминесцировать не способен.

Из большого количества веществ, обладающих способностью светиться под действием электронной бомбардировки, лишь немногие могут быть использованы для изготовления экранов электроннолучевых приборов.

Причина тому - весьма жесткие требования, которые предъявляются к веществам, входящим в состав экранов.

Рассмотрим основные из них:

1. Для использования в электровакуумном приборе люминофор должен иметь хорошие вакуумные свойства: низкое давление паров, хорошо обезгаживаться, быть достаточно термостойким, чтобы выдерживать термообработку прибора в процессе его изготовления (~400°с, а иногда и выше).

2. Люминофор должен быть устойчивым к электронной бомбардировке. Во всяком случае процессы, ведущие к снижению эффективности люминофора при работе прибора, так называемое выгорание, о котором будет сказано далее, должны протекать достаточно медленно, чтобы экран существенно не лимитировал срок службы всего прибора.

3. Люминофор должен иметь возможно большую световую отдачу и обеспечивать необходимую яркость

Свечения. При торможении в решетке люминофора электроны первичного пучка теряют свою энергию не только на возбуждение свечения в нужном диапазоне волн, но и на нагрев вещества, возбуждение излучения в областях спектра, на которые наблюдатель не реагирует, в том числе при высоких энергиях электронов и рентгеновского излучения.

Чем большая доля энергии первичного пучка преобразуется в энергию видимого излучения, тем выше энергетический К.П.Д. люминофора.

Обычно его выражают как отношение силы света в свечах к энергии возбуждающего пучка в ваттах и называют световой отдачей.

Световая отдача и яркость свечения зависят от природы люминофора, особенностей технологии его изготовления, а также от условий возбуждения, в первую очередь от параметров возбуждающего электронного пучка: плотности тока j и ускоряющего напряжения U.

Эта зависимость имеет вид:

Где B - яркость свечения: A и n - коэффициенты, определяемые природой люминофора, U0 - так называемый "мертвый" потенциал, начиная с которого электроны способны пробить поверхностную неактивную пленку, покрывающую кристаллы люминофора, и возбудить его свечение. Этот потенциал обычно невелик и составляет величину порядка нескольких десятков вольт.

Прямая пропорциональность между яркостью и плотностью тока отражает тот факт, что действие электронов при возбуждении является независимым и возрастание их плотности приводит к пропорциональному росту количества возбуждаемых центров люминесценции.

Однако при достижении определенных величин плотностей токов возбуждающего пучка пропорциональность между в и j нарушается. Яркость начинает расти медленней, наступает так называемое насыщение яркости, что может быть объяснено тем, что большая часть центров люминесценции уже возбуждена. В ряде случаев падение яркости с ростом плотности тока может быть связано и с нагревом люминофора, приводящим к так называемому температурному тушению люминесценции, т.е. к повышению вероятности перехода возбужденных электронов решетки в нормальное состояние без излучения света.

Что касается роста яркости с увеличением ускоряющего напряжения, то он связан с ростом глубины проникновения первичных электронов в люминофор. При этом, так как показатель степени n для большинства люминофоров больше единицы и близок к двум, яркость растет быстрее, чем ускоряющее напряжение.

Следовательно, с ростом плотности тока возбуждающего пучка световая отдача люминофора должна оставаться неизменной, а в случае насыщения яркости даже уменьшаться. Рост же ускоряющего напряжения должен приводить к росту световой отдачи до тех пор, пока электроны не начнут пробивать слой люминофора и терять энергию в основном в стекле баллона прибора, на которое нанесен экран. Поэтому для каждой толщины слоя существует своя оптимальная величина U, при которой световая отдача максимальна. Отметим, что так как экран в большинстве случаев представляет собой совокупность отдельных кристалликов - зерен люминофора, то его толщина есть понятие несколько условное. Обычно она оценивается некоторой средней величиной - так называемой нагрузкой, т.е. количеством люминофора в миллиграммах на 1 см² поверхности экрана, составляющей, как правило, несколько мг/см².

4. Люминофор должен иметь необходимую для его конкретного применения спектральную характеристику излучения, определяющую цвет его свечения.

Цвет свечения катодолюминофора зависит от его природы, а также от характера обработки. Однако очень часто цвет свечения люминофора определяется наличием в нем уже упоминавшихся примесей - активаторов. Так, например, сульфид цинка с примесью серебра дает синий цвет свечения, а с примесью меди - желтый.

Необходимый цвет свечения экрана может быть обеспечен и путем изготовления экрана из смеси или твердого раствора различных люминофоров. Так, сульфид цинка в смеси с равным количеством твердого раствора цинк - кадмий сульфида при использовании в качестве активатора серебра дает белый цвет свечения экрана.

Многоцветный экран, как это делается в цветных приемных телевизионных трубках, может представлять собой мозаику, т.е. совокупность участков, на которые нанесены люминофоры с различным цветом свечения. В этом случае цвет свечения зависит от направлении возбуждающего пучка электронов.

Получение экрана, позволяющего варьировать цвет свечения в зависимости от параметров возбуждающего пучка, в первую очередь его энергии, является весьма заманчивым с точки зрения увеличения объема информации, воспроизводимой на экране. Действительно, наряду с градациями яркости па одноцветном экране в этом случае прибавляется еще богатая информация, содержащаяся в цвете изображения. Последнее важно для ряда специальных приборов, в том числе для радиолокационных индикаторов.

Одним из путей создания таких экранов явилось в последнее время получение так называемых сублимат-экранов, представляющих собой тонкие пленки, получаемые возгонкой в вакууме соответствующих веществ, о чем будет сказано несколько ниже.

В случае нанесения на подложку последовательно двух (или более) пленок люминофоров, имеющих различные спектральные характеристики, цвет свечения будет определяться энергией возбуждающего пучка. При невысоких рабочих напряжениях электроны будут тормозиться только во внешнем, ближайшем к пушке слое, создавая соответствующий ему цвет свечения. При более высоких напряжениях электроны пучка будут прибивать первый слой и терять энергию в основном во втором слое, который и определит цвет свечения экрана.

5. Все люминофоры, а следовательно, и изготовленные из них экраны обладают инерционностью. Она выражается в том, что свечение устанавливается не сразу после начала возбуждения, а нарастает в течение некоторого времени - времени разгорания , а также в том, что после прекращения облучения электронами свечение спадает также постепенно. Этот спад, так называемое послесвечение, характеризуется временем , в течение которого свечение достигает уровня в 1% от начального, соответствующего прекращению возбуждения.

Если время разгорания у большинства люминофоров весьма мало, то время послесвечения может иметь самые различные величины и является одним из важнейших параметров люминофора.

Иногда для получения требуемого послесвечения экрана применяются двухслойные, так называемые каскадные, экраны.

На внутреннюю стенку баллона прибора наносится люминофор, обладающей длительным послесвечением при фотовозбуждении.

На этот слой наносится другой люминофор, имеющий синее свечение с коротким . Электронный пучок возбуждает этот второй слой, излучение которого в свою очередь возбуждает фотолюминофор, дающий необходимое длительное послесвечение.

2. Основные группы люминофоров, применяемых в электроннолучевых приборах

Ряд соединений применяется для изготовления люминесцирующих экранов сравнительно давно. К таким устоявшимся группам люминофоров относятся в первую очередь:

1. Сульфидные люминофоры, которые обладают сравнительно высокой световой отдачей (до 6-8 св/вт) и яркостью свечения. Цвет свечения в зависимости от применяемого активатора может быть получен практически любой. От активатора также зависит и время послесвечения, которое может быть как очень малым, так и довольно большим. Так, небольшие количества примеси серебра дают малое время послесвечения, примеси же меди длительное.

Наиболее типичными представителями этой группы люминофоров являются сульфид цинка ZnS и сульфид кадмия CdS. Которые применяются с различными активаторами и в смеси друг с другом.

Хорошие параметры этих люминофоров, а также легкая возможность менять их свойства путем введения различных примесей обусловили широкое применение их, в частности для экранов приемных телевизионных, а также для радиолокационных индикаторных трубок.

Однако сульфидные люминофоры имеют и серьезный недостаток, заключающийся в том, что они весьма чувствительны к даже очень незначительному загрязнению некоторыми посторонними веществами. Достаточно наличия в них 0,0001%.

2. Силикатные люминофоры. Световая отдача силикатных люминофоров несколько ниже, чем сульфидных (1,8-2,2 св/вт), но остается все же сравнительно высокой. Цвет их свечения и время послесвечения также в основном определяются активаторами. Достоинством силикатных люминофоров является то, что они не в такой степени боятся загрязнении, как сульфидные.

Наиболее распространенным представителем этой группы люминофоров является ортосиликат цинка, активированный марганцем Zn2SiO4, так называемый виллемит, который даст зеленое свечение и широко применяется в осциллографнческих трубках, предназначенных для визуального наблюдения.

3. Вольфраматы. Световая отдача люминофоров этой группы сравнительно невелика (0,1-0,2 св/вт). Вольфраматы достаточно устойчивы к загрязнению посторонними веществами и дают свечение без применения посторонних активаторов. Здесь активатором служит избыток металла основного вещества.

Определенное применение нашли фториные люминофоры, в частности фториды цинка и магния (ZnF2 и MgF2), которые, будучи активированы марганцем, дают сравнительно длительное, спадающее по экспоненциальному закону послесвечение.

В противоположность оксидам фторидные люминофоры сравнительно мало устойчивы к бомбардировке электронами, и долговечность экрана, изготовленного па их основе, обычно лимитирует долговечность электроннолучевой трубки в целом.

Стремление к совершенствованию свойств экранов, а также новые требования, выдвигаемые практикой, приводят к тому, что непрерывно разрабатываются новые тины люминофоров. Так, все боле возрастает удельный вес люминофоров па основе редкоземельных элементов и иттрия. В частности, определенный толчок в разработке новых эффективных люминофоров дает цветное телевидение, о чем будет сказано далее.

3. Способы нанесения экранов

После подготовки исходного люминофора из него необходимо изготовить экран, т.е. нанести его на соответствующие элементы прибора. Эта операция является весьма ответственной, и ее успешная реализация обычно решающим образом определяет качество всего прибора.

Самым производительным и простым методом нанесения экрана является нанесение с помощью распыления. Для этого производится длительный размол люминофора в спирте, полученная суспензия разбавляется ацетоном и с помощью пульверизатора наносится на внутреннюю поверхность баллона трубки.

Так как стекло баллона предварительно нагревается до температуры порядка 50°, то ацетон и спирт быстро испаряются, и экран оказывается покрытым слоем люминофора.

Однако этот способ предпочтительно применим в случае люминофоров, допускающих размол до частиц размерами порядка нескольких микрон без заметной потерн световой отдачи. К ним относятся, например, виллемит и вольфрамат кальция.

Очень часто, например, в случае сульфидов, исходный люминофор должен иметь большие размеры частиц (порядка 5-30 мкм), и в этом случае обычно применяется метод осаждения.

Принцип метода состоит в том, что в колбу прибора заливается определенное количество деминерализованной воды с взвешенными в пей частицами люминофора, которые, оседая, покрывают ее дно ровным слоем и после слива остатков суспензии и сушки образуют экран.

Однако полученный таким образом осадок не будет прочно скрепляться со стенками колбы, и экран неминуемо сползет.

Для обеспечения прочного сцепления люминофора с подложкой (стеклом) необходимо ввести в суспензию связующее вещество, которым обычно является силикат калия, дающий коллоидный раствор двуокиси кремния SiO2, которая, адсорбируясь на поверхности частиц, полимеризуется и прочно скрепляет их с дном колбы. Для ускорения этого процесса в суспензию вводят еще так называемые коагуляторы, которыми чаще всего являются азотнокислый стронции Sr(NO3)2 или сульфат калия K2SO4. Для получения более равномерных и плотных слоев исходный люминофор подвергается специальной обработке, создающей на поверхности его частиц тонкие пленки окиси магния и некоторых других веществ, существенно улучшающих качество получаемых экранов. Подложка, па которую наносится экран, также должна быть предварительно обработана, например раствором плавиковой кислоты.

Способ осаждения позволяет получить экран с весьма равномерным по толщине слоем и легко регулировать эту толщину, а также, нанося люминофоры одни за другим, получать многослойные экраны.

Однако в случае нанесения экранов на поверхности, имеющие значительные размеры, как это имеет место в современных кинескопах, столб суспензии в центре колбы оказывается из-за кривизны экрана существенно выше, чем по краям. Это, очевидно, приведет к неравномерности толщины экрана. Поэтому приходится прибегать к созданию принудительных конвекционных токов в суспензии, перемешивающих ее и способствующих получению равномерных по толщине и размерам частиц экранов. Эти токи создаются механически путем быстрого залива суспензии в колбу, а также с помощью источника тепла, помещенного с внешней стороны колбы под поверхностью экрана.

Как указывалось, после удаления излишков суспензии экран сушится, причем для получения хорошего экрана режим сушки также должен быть тщательно отработан. Затем следует обжиг экрана при температуре около 400°с для удаления посторонних органических включений.

Среди других способов нанесения экранов можно указать также на очень простой способ полива суспензии люминофора, размолотого, например, в бутилацетате с добавлением затем веществ, сообщающих суспензии необходимую вязкость. После слива излишков суспензии экран также подвергается сушке и обжигу.

В последнее время все больший интерес вызывает получение экранов путем напыления пленок люминофора на кварц, реже стекло или другую подложку. Такие так называемые сублимат-экраны образуют весьма тонкие сплошные, а не представляющие собой конгломерат частиц слои и обладают рядом существенных преимуществ, о которых будет упомянуто ниже. Однако они, как правило, не обладают пока удовлетворительной световой отдачей, которая может быть получена при высокотемпературной обработке напыленных слоев, неприемлемой при работе с обычными стеклами. Однако несомненно, что такие экраны в будущем найдут широкое применение.

4. Электрические характеристики экранов

Пучок электронов, сфокусированный пушкой в электроннолучевой трубке (рисунок 1), падает на экран и, возбуждая свечение последнего, приносит на поверхность экрана отрицательный заряд, величина которого зависит от тока пучка. Этот заряд должен тем или иным способом отводиться с поверхности экрана, так как иначе потенциал ее будет все время понижаться и, в конце концов достигнет потенциала катода, эмиттируюшего электроны, после чего электронный пучок перед экраном будет полностью терять скорость, полученную при прохождении пушки, и отражаться, не достигая экрана, обратно на анод. Для отвода этого заряда на внутреннюю поверхность баллона наносится проводящий слой, как это показано на рисунке 1, который внутри прибора соединяется со вторым анодом электронной пушки. Этот слой может представлять собой металлическое покрытие или чаще всего водную суспензию графита, так называемый аквадаг, наносимую на внутреннюю поверхность баллона и образующую после высушивания темную проводящую поверхность. Таким образом, электроны, приходящие па экран, могли бы за счет утечки по его поверхности достигать проводящего покрытия и уходить на второй анод пушки.

Однако этот процесс затрудняется тем, что практически все применяющиеся люминофоры являются весьма хорошими изоляторами и отвод заряда за счет их проводимости будет происходить чрезвычайно медленно, что опять-таки приведет к падению потенциала экрана при бомбардировке его электронным пучком.

Рисунок 1 - Электроннолучевая трубка с электростатической фокусировкой и отклонением: К - катод; М - модулятор: а1 - первый анод; а2 - второй анод; ОП- отклоняющие пластины; ПС - проводящий слой; Э - экран

Отвод заряда с экрана происходит в основном за счет вторичной электронной эмиссии, возникающей при бомбардировке экрана первичным пучком, созданным пушкой.

Типичная зависимость величины коэффициента вторичной эмиссии люминофора от скорости первичных электронов, падающих на него, или, что то же, от пройденной ими разности потенциалов, представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Типичная зависимость коэффициента вторичной эмиссии от энергии первичных электронов

Величины потенциалов Uk1 и Uk2, соответствующие значениям =1, называются соответственно первым и вторым критическими потенциалами, и от того, каков потенциал экрана по отношению к этим потенциалам (имеется в виду, что за нуль принимается потенциал катода), будет зависеть его поведение при бомбардировке электронным пучком. В соответствии с этим на кривой (рисунок 2) можно выделить три участка, на которых это поведение будет различным.

Систематическое исследование вторичной эмиссии экранов на основе ряда катодолюминофоров было проведено в разных работах. Так, если говорить об экранах, нанесенных методом осаждения, то, например, экраны на основе сульфида цинка (ZnS) имеют максимальный коэффициент вторичной эмиссии - 3,3, a Uk2 и Uk1 равны примерно 20 кв и 90 в соответственно.

Нередко требуется, чтобы энергия электронов пучка, бомбардирующих экран, была достаточно высока и соответствовала ускоряющим напряжениям порядка десятков киловольт. В этом случае экран покрывают проводящим слоем, в качестве которого служит обычно тонкая пленка алюминия.

Для получения такого металлизированного экрана на дно баллона электроннолучевой трубки обычным способом наносится экран, а затем на его поверхность наносится тонкая пленка органического вещества, которая может состоять из нитроклетчатки, растворенной в бутилацетате. На боковую часть внутренней поверхности баллона наносится, как обычно, проводящий слой аквадага (рисунок 3), и после этого производится металлизация экрана методом возгонки алюминия в вакууме.

Рисунок 3 - Алюминированный экран: 1 - люминофор; 2 - органическая пленка; 3 - слой алюминия: 4-проводящее покрытие, соединенное с анодом; 5 - баллон прибора

Алюминий покрывает поверхность экрана тонким, толщиной порядка долей микрона, слоем, который благодаря наличию органической пленки получается ровным и гладким подобно зеркалу. При этом металл напыляется и на края проводящего покрытия, как это показано на рисунке 3, создавая хороший электрический контакт поверхности экрана с последним анодом пушки. После этого органическая пленка выжигается. Если попытаться нанести алюминий на экран без применения этой пленки, то в силу значительной шероховатости зернистого экрана металл будет напыляться только на выступающие в сторону испарителя участки и не будет напыляться на стенки пор экрана. В результате покрытие будет не сплошным и не сможет отводить заряд.

5. Контраст изображения на люминесцирующем экране

Под контрастом изображения понимается отношение максимально достижимой яркости на экране при данных условиях к яркости участков, вообще не облучаемых электронным пучком. В идеальных условиях, если яркость необлучаемых участков равна нулю, контраст должен быть равен бесконечности. В реальных условиях этого не наблюдается. Более того, величина контраста сильно зависит от условий, в которых он определяется, в первую очередь от соотношения размеров и взаимного расположения возбужденных и не возбужденных электронами участков экрана. Поэтому, хотя это и несколько условно, принято различать так называемые габаритный и детальный контрасты. Первый представляет собой отношение яркостей двух широких, порядка 1/5 ширины экрана, полос к яркости такой же необлучаемой полосы между ними.

Детальный же контраст характеризует соотношение яркостей сравнительно небольших участков изображения и может быть определен как отношение средней яркости светящегося под воздействием электронной бомбардировки экрана к яркости небольшого центрального участка, не облучаемого электронами. Как габаритный, так и детальный контрасты не равны бесконечности в первую очередь ввиду того, что примерно половина светового потока с возбужденных участков экрана направляется внутрь баллона прибора и, частично отражаясь обратно на экран, засвечивает его необлучаемые участки.

Весьма значительного уменьшения этого эффекта можно добиться, придавая колбе такую форму, что падающие на нее с экрана световые лучи, прежде чем вновь попасть на экран, претерпевают многократные отражения, а следовательно, и поглощения на стенках.

Если экран имеет не плоскую, а сферическую форму, то вторым фактором, снижающим габаритный и детальный контрасты, может быть прямое попадание света с его возбужденных участков на невозбужденные. Оба перечисленных выше эффекта, как очевидно, у алюминированного экрана устраняются полностью.

Третья существенная причина снижения контраста заключается в том, что часть световых лучей, идущих от светящейся точки экрана (рисунок 4) через дно баллона, падает на его внешнюю поверхность под углами, равными или большими, чем угол полного внутреннего отражения. Эти лучи, многократно отражаясь между наружной и внутренней стенками, должны уходить в сторону, не участвуя в создании изображения (френелевы потери). Путь таких лучей показан в левой части рисунка 4.

Рисунок 4 - Снижение контраста из-за отражения света в дне баллона: л - зерна люминофора; с - стекло баллона

электроннолучевой люминофор экран

Однако практически часть зерен люминофора непосредственно примыкает к стеклу, имеет с ним оптический контакт и рассеивает падающие на них отраженные лучи (правая часть рисунка 4). В результате вокруг светящейся точки на экране появляется серия ореолов с постепенно убывающей яркостью, что приводит к значительному снижению детального контраста.

Весьма эффективным средством снижения этого эффекта является применение так называемых "серых", или "контрастных", стекол, имеющих повышенный (порядка 35%) коэффициент поглощения. В этом случае, как легко видеть, отраженные лучи, образующие первый ореол вокруг светящейся точки, проходят путь, примерно в 3 раза больший, чем прямые лучи. В результате отраженные лучи претерпевают значительное поглощение, и детальный контраст повышается более чем па порядок.?

Кроме того, применение таких "серых" стекол позволяет повысить контраст изображения на экране трубки, работающей в условиях заметной внешней освещенности. При этом внешний свет, отраженный поверхностью экрана, опять-таки значительно ослабляется, так как он проходит внутри стекла путь, в 2 раза больший, чем свет, испускаемый люминофором.



6. Выгорание экранов

При работе электроннолучевого прибора люминесцирующий экран подвергаясь бомбардировке электронами, изменяет свои свойства иногда в начальный период работы может наблюдаться некоторое повышение яркости, однако затем она начинает неуклонно снижаться. Происходит так называемое выгорание экрана под действием электронной бомбардировки, и через определенное время его яркость падает ниже некоторой допустимой для данного прибора величины, чем и определяется срок службы экрана. Различные люминофоры по различному реагируют на электронную бомбардировку различными могут быть и протекающие при этом процессы, по в конечном счете снижение люминесцентной способности экранов является следствием двух причин.

С одной стороны, под действием электронной бомбардировки, сопровождающейся возбуждением и ионизацией атомов основного вещества люминофора, в нем накапливаются радиационные дефекты, которые являются центрами безизлучательной рекомбинации. С другой стороны, возможно и разрушение самих центров люминесценции.

Одни и тот же тип люминофора может вести себя в процессе работы по-разному в зависимости от размеров зерна, степени упорядоченности кристаллической решетки, режимов предшествовавшей обработки и т.д.

Исследованию выгорания экранов посвящено значительное количество работ. При этом обычно делается вывод о том, что снижение люминесцентной способности не зависит ни от рабочего напряжения, ни от плотности тока, ни от способа возбуждения, а определяется лишь числом электронов, упавших на единицу поверхности экрана.

В соответствии с этим строится и математическое описание процесса, для которого наиболее часто предлагается выражение, имеющее вид:



Где B- яркость экрана после определенного времени работы; Bо - начальная яркость; C -параметр выгорания, зависящий от типа люминофора; N - число электронов, упавших на 1 см его поверхности.

Однако систематическое обследование выгорания экранов, изготовленных из различных типов люминофоров, проведенное в работах указывает, что такая постановка вопроса является чересчур упрощенной. Дело не только в том, что кривые спада яркости плохо описываются выражением. Исследования показывают, что при работе экрана протекает ряд сложных взаимосвязанных процессов, часть которых практически никак не связана с величиной N. При этом в первый сравнительно короткий период (десятки часов) яркость спадает быстро, после чего кривая B/Bо идет гораздо более полого. Установлено, что этот первоначальный спад яркости связан с изменениями, происходящими в приповерхностных слоях экрана, и несомненно связан с взаимодействием вещества экрана с адсорбирующимися на его поверхности остаточными газами.

Выгорание экранов определенно связано также с величиной рабочего напряжения, причем с понижением последнего имеется тенденция к более быстрому спаду яркости. Это объясняется тем, что при пониженных напряжениях электроны тормозятся в наиболее сильно поражаемых в начальный период работы экранов приповерхностных слоях.

Выгорание экранов вполне определенным образом связано и со способом включения электронно-лучевого прибора. Тут следует иметь в виду, что внешняя поверхность стекла баллона имеет потенциал, близкий к потенциалу земли.

Если прибор включен по схеме с заземленным катодом, то в слое экрана может возникнуть значительное электрическое поле и как следствие этого начнется электролитическое разложение вещества люминофора. В случае же схемы с заземленным анодом потенциал экрана близок к потенциалу земли, и это явление исключается.

Выгорание экрана резко усиливается, если в его бомбардировке участвуют тяжелые частицы - ноны, которые всегда в некотором количестве образуются на оксидном катоде.

При этом если в электроннолучевых трубках с электростатическим отклонением электроны и ионы будут отклоняться одинаково в равномерно распределиться по площади экрана, то в трубках с магнитным отклонением дело обстоит хуже. При отклонении электронного пучка ноны практически не отклоняются и идут широким пучком па центральный участок экрана, быстро разрушая его. Образуется темное, так называемое ионное пятно, которое может появиться в первые же часы работы прибора.

Для предотвращения этого необходимо исключить попадание ионов на экран, для чего могут быть применены так называемые ионные ловушки, в которых для разделения электронного и ионного пучков используется магнитное поле. Однако если на баллон трубки в месте изгиба оптической оси поместить постоянный магнит, создающий в этом месте однородное магнитное поле, направленное в данном случае от нас, траектории электронов смогут, отклоняясь этим полем, повторить изгиб оптической оси пушки и выйти из нее. Ионы же в магнитном поле практически не отклоняются и будут перехвачены анодом.



Заключение

Для получения нужной яркости, цвета свечения и длительности послесвечения к люминофору добавляют активаторы. Ими обычно служит серебро, марганец или медь. Длительное послесвечение у радиолокационных трубок достигается применением меди в качестве активатора. Активация серебром обеспечивает в кинескопах среднее послесвечение.

Яркость свечения приблизительно пропорциональна квадрату разности потенциалов между экраном и катодом, т.е. возрастает при увеличении скорости электронов в луче. Существует некоторая минимальная энергия электронов, необходимая для возникновения свечения. Она составляет десятки - сотни электрон вольт. При меньших энергиях электроны не проникают в кристаллическую решетку люминофора. При энергиях электронов в несколько кило-электрон-вольт глубина проникновения не превышает 1 мкм. Для малых токов луча яркость пропорциональна плотности тока, но с увеличением последней выше некоторого значения яркость не возрастает (эффект насыщения).

Коэффициент полезного действия люминофора, т.е. отношение энергии видимого излучения к общей энергии бомбардирующих электронов, не превышает нескольких процентов. Большая часть энергии луча расходуется на нагревание экрана, выбивание вторичных электронов и испускание ультрафиолетовых и рентгеновских лучей.

Люминесцентный экран характеризуется светоотдачей, т.е. силой света на 1 Вт мощности электронного луча. Светоотдача максимальна при температуре люминофора от 0 до 80°С. С дальнейшим повышением температуры светоотдача падает; при 400°С свечение вообще прекращается.



Список использованных источников

1. Шерстнев Л.Г. Электронная оптика и электроннолучевые приборы. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений, М., "Энергия", 2006 г. 368 с.

2. Родионов С.А. Основы оптики. - СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2006. -167 с.

3. Ландсберг Г.С. Оптика. Учеб. пособие: Для вузов. - 6-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. - 848 с.

Размещено на Allbest.ru